最近，我与我的夫人和儿子参观了著名的法国拉斯科洞窟。观赏这一万七千多年前壮丽的洞窟壁画艺术，令人感到敬畏！我试图想象，不，是贴近地感受，这些天赋异禀的艺术家们当时的生活是什么样的。拉斯科洞窟是由四名青少年于1940年发现的。这一轰动的新闻导致前来参观的游客人潮，络绎不绝。游客们的呼吸促使了真菌的生长，而这些真菌的侵袭对壁画构成了毁坏的危险。
1963年，法国文化部长、著名作家安德烈·马尔罗关闭了洞窟，不再向公众开放。此后几十年间，法国政府对洞窟做了各种仿制。最近的一次，是于2016年12月向公众开放的拉斯科4号。这是一个用最新高科技打造的奇迹，它精确地仿制了拉斯科洞窟的每块岩石及其壁画。关于拉斯科洞窟壁画，有很多迷人的方面可以谈论。这里我将专注于一个与核物理有关的方面。首先，我们讨论一些基本原理。
原子核由一定数量的质子（protons）和中子（neutrons）组成。有一些电子（electrons）围绕着原子核做轨道运动。电子的个数必须和质子的个数完全相等，因为电子的负电荷数需与质子的正电荷数相互抵消。中子，顾名思义，当然是呈电中性的。特别是，碳原子核被记作，包含6个质子和6个中子（6+6=12）。绝大多数天然存在的碳原子核具有这种“正常”形式。
然而，也有一些碳原子核包含了一个或两个更多的中子，这些形式称为同位素。同位素包含6个质子和7个中子（6+7=13），而同位素则包含6个质子和8个中子（6+8=14）。请注意，因为电中性的要求，这三种形式的碳都需要有6个围绕着原子核运转的电子。有一个要点是，元素的化学性质完全取决于电子，因而上述三种碳同位素的化学性质相同。一个碳原子的图像是一个被电子云包围的微小的原子核。
当一些其他原子与碳原子相互作用时，该原子不关心碳原子核中包含多少中子：两个原子如何相互作用是由两个电子云所决定的。和原子核是稳定的。但原子核不是稳定的，因为堆积了一个“多余”的中子，似乎并不太乐意，最终将自我调整。这里涉及一个关键问题——量子物理是概率性的。我们不能预测一个特定的原子核何时会衰变，只能预测，给定大量的原子核，何时这一半的原子核会衰变。
这个时间段称为“半衰期”，对于来说，半衰期约为5730年。以上所述的皆为基本的核物理。我们的故事从塞尔日·科尔夫开始。他出生于一个俄罗斯贵族的学术家庭，随后移民到美国。完成普林斯顿大学的本科和研究生学业后，科尔夫从20世纪40年代开始，测量在上层大气中的宇宙射线。读者可能知道，地球被这些来自太空的亚原子粒子，即称为“宇宙射线”，不断地轰击。
科尔夫发现同位素，不断地由宇宙射线的中子与大气的原子核碰撞产生。以这种方式产生的稳定地衰减，从而导致不稳定的与稳定的最终形成固定比率。当时在芝加哥大学的威拉得·利比读了科尔夫的文章后，灵机一动，想出了一个聪明的方法：即使用与的比率去测量有机材料，进而推溯其形成之年代。植物，通过呼吸进二氧化碳，不断地以一个固定比率吸收与原子核，而这个比率正是由大气中这两种同位素的比率决定。
动物，通过吃植物或其他动物，也在其体内含有固定比率的与原子核。但当树木或动物死亡时，它们不再吸收环境中的碳原子核。从那时起，原子核在机体内开始衰减，并相对于稳定地减少。每过5730年，原子核的数量就会减半。通过测量有机材料样品中与原子核的比率，我们进而可以推断出相应的植物或动物是在多久以前死亡的。这就是年代测定技术或放射性碳年代测定技术的诞生。在考古学上，它导致了一次突破性的革命。
从拉斯科洞窟一万七千年之久的角度来看，让我们回想到大约两百万年前，远古人类以某种形式在非洲大陆出现，而现代人类大约在6万年前开始迁移到其他大陆。有文字和记录的人类历史则出现在4千或5千年前。放射性碳年代测定技术对考古学的影响是巨大的。在利比的这了不起的想法落实之前，对于那些没有文字历史记录的样品，考古学家想要精确测定其年代都是难上加难。
特别是，当考古学家想要对比世界不同地区所发生的事件时，此前曾有很大困难，但所幸与原子核的比率在世界各地几乎都是相同的，进而使考古学的测定技术有了突破性的发展。利比于1960年获得了诺贝尔奖，并在他的演讲中感激地提到了科尔夫的关键性贡献。回到拉斯科洞窟，许多谜题仍然存在。例如，这些画是由几位艺术家在若干年所完成的，还是由几代艺术家在若干世纪间所成就的？
我们必须等到有人提出另一个聪明的想法，得以发明或改进一个更加准确的年代测定技术。最后，以一个轻松的方式结尾吧！因为“dating”这个词在英语中有另一个——甚至是主要的意思，男女约会，所以我想鼓励读者编造一个关于“radiocarbon dating”的笑话。